“自然生長”：小學科學概念教學的價值回歸

摘 要：“科學作為探究”強調了學生對科學的理解，指向科學概念的教學需要引領學生經歷探究式的學習過程。基于學生的前概念，要珍視學生在探究過程中的獨特感悟，通過科學思維和科學探究活動，促進學生自主建構科學概念。

關鍵詞：科學概念 科學探究 自主建構

小學科學課程的改革，從以“自然知識”為核心的性質轉為“科學教育”的性質，經歷了科學作為知識、科學作為過程、科學作為探究的三個發展階段。我們從追求事實性知識轉變到關注科學概念，實際上是從“科學作為知識” 向“科學作為探究”的質性轉變。從學習科學的角度來看，有用的知識是圍繞重要概念或“大觀點”來聯系和組織的。“科學作為探究”正強調了學生對科學的理解，指向科學概念的教學需要學生經歷探究式的學習過程。基于這樣的認識，筆者在科學教學實踐中對學生科學概念的建構予以關注和研究，現結合科學課堂教學案例作些回顧和梳理，以求教于廣大同仁。

一、記憶：科學概念的虛假建構

“科學概念并不是為兒童所掌握和記憶，也不是用記憶汲取的，而是借助他們自己思維的全部積極性的最緊張工作而產生和成型的。”

——維果茨基

【案例1】《聲音的產生》教學片斷

1.讓學生聽各種各樣的聲音，并提問：關于聲音，你有哪些問題想知道？

2.形式化的猜想后，提出本課要研究的問題：聲音是怎樣產生的？

3.給出各種材料（如尺、橡皮筋等），要求學生通過撥、彈等方法使它們發出聲音，觀察發聲時物體的運動狀態并交流。

4.在交流的基礎上，初步得出：物體振動了，就會產生聲音。

5.以“用嘴吹空瓶子產生聲音”來驗證氣體發聲也是振動的結果。

6.以“要使產生的聲音消失怎么辦”這個問題，從反面再驗證聲音是由物體振動產生的。

7.討論“人說話的聲音是怎樣產生的”，組織學生對概念加以運用。

案例1中學生雖然參與了模仿實驗、比較歸納等活動，在行為層面上有了主動的表現，但一系列的思維活動大都是在教師的指令下開展的，缺失內在的誘因，認知狀態未被主動開啟，導致認知活動僅停留在記憶層面，而沒有真正觸及學生的認知內核。對“物體的振動產生聲音”這一概念的獲取過程看似流暢、簡潔，實際上讓學生能感知的具體事實的量與質偏弱，概念概括偏早，缺乏對學生認知生長點的“探底”過程，本應富有思維含量的抽象活動缺失了思維活動的漸進性，沒有真正實現概念的“自然生長”。

二、前概念：科學概念的建構源頭

“影響學習最重要的因素是學生已經知道了什么，我們應當根據學生原有的知識狀況去進行教學。”

——奧蘇貝爾

【案例2】《物體在水中是沉還是浮》教學片段

（教師提供一組材料：泡沫、回形針、牙簽、瓶蓋、西紅柿、蠟燭頭、石頭。）

師：今天，老師給大家帶來了一些物體，這些東西同學們都認識嗎（投影出示）？如果把這些物體放入水中，可能會出現什么現象？你認為哪些物體會沉、哪些物體會浮呢？填寫表格，并說一說猜測的理由。

（學生開始猜測并填寫猜測理由，然后實驗并匯報實驗結果。）

師：為什么會推測錯呢？剛才你們是根據什么來推測物體沉浮的？

生：大小、輕重。

師：物體在水中是沉還是浮，和大小、輕重有關嗎？

生：是的。

師：按照物體的輕、重不同排列，然后按照大、小不同排列。現在，你又有什么發現？

生：物體在水中是沉還是浮，好像和大小、輕重無關。

師：同學們，我們明明感覺到物體沉浮和大小、輕重有關，可是，老師提供的材料為什么又使這兩個因素無關了呢？物體在水中沉浮究竟和什么有關？我們應該選擇怎樣的一組材料來觀察呢？

生：應該選擇大小一樣、輕重不同的一組材料。

生：應該選擇輕重一樣、大小不同的一組材料。

師：是啊！當有兩個因素共同起作用的時候，我們就要對其中一個因素進行控制，再來研究另外一個因素，這是科學研究中常用的方法。

（教師分別提供學生所述的兩組材料，通過觀察材料的特點，進而開展實驗。）

案例2中，教師從暴露學生的前概念開始，通過有結構的材料，引起學生的概念沖突，促使學生開始重新思考前概念的正確性。經過思考、交流，教師再次提供有結構的材料，并不斷“搭橋”，材料一步步改變著學生的前概念，概念箭頭直指科學概念。

三、錯誤：科學概念的建構資源

“科學就是在改正一個又一個錯誤的基礎之上發展起來的。科學經常會得出不正確的結論，但是，這些結論不是最終的，而是暫時的。”

——卡爾·薩根

【案例3】《電和煤氣燒水，哪個更合算》教學片段

某市煤氣漲價，家長紛紛抱怨。一位小學六年級同學在科學課后問老師：媽媽說煤氣又漲價了，不知道現在燒一壺水用煤氣合算還是用電更合算。老師，你說這個問題我們能研究嗎？

老師在班上鼓勵了這位同學，并請大家都來研究這個問題。但如何開展探究，探究方法是什么，老師沒有給予具體指導。

各小組探究后，教師組織同學們在班上交流，結果得出了不一致的結論，有的說燒一壺水用煤氣省錢，有的則說用電省錢，爭論不休。

教師：同學們，每個小組都得出了自己的結論，大家的結論并不一致，可是大家都覺得結論只能是一個，而且都覺得自己的對。請同學們思考：我們僅僅這樣爭論下去，都說自己是對的，能最終得出結論、判斷出誰對誰錯嗎？

教師：大家剛才都說了，要公開展示各自的研究過程、方法和統計的數據，讓大家一起來質疑、來評價。下面，咱們各小組一個一個地說。

……

教師：通過剛才各小組的過程、方法和數據展示，以及同學們自己的質疑、批評、討論，大家知道了，要公平地對比兩種燒水方法的花費大小，必須注意一些探究的規則。哪個小組沒有做好，自己再總結總結，想好了就給大家說一說。

……

教師：無論是從成功的探究中總結的經驗，還是從失敗的探究中總結的教訓，這次經歷讓每位同學都有了不少收獲。這就是挫折和失敗的教育價值。我們說“失敗是成功之母”，從自己的挫折和教訓中得到的收獲對自己的長進有時更有影響。

……

在案例3中，學生知識建構的自主性很強。問題是學生自主建構的，探究方案的設計、探究過程的展開、探究結論的得出在較大程度上也是學生自主完成的。學生不僅自主建構了關于不同燒水方法合算程度的知識，而且通過親歷探究，自主建構了探究過程中變量控制和實驗效度的概念。學生在探究、建構的過程中不是被動地接受知識，而是在尋找知識、詰問知識、評判知識。在這個過程中學生會遭遇挫折和失敗，甚至出現花了很長時間和精力卻找不到確切答案的現象。正是這個過程給了學生從錯誤、挫折中學習的機會。錯誤應看成是學生積極參與和共同建構概念過程中必然伴隨的現象，是“入門”的積極信號，學生的錯誤具有積極的、正面的、不可替代的教育價值。教師的寬容能讓學生有一種心理安全感，愿意表達與眾不同的見解，能夠增強學生的自信，相信經過自己努力會成功。

四、探究：科學概念的自主建構

“指導學生通過大量的自由探究活動，以此來建構他們自己的科學概念。”

——大衛·馬丁

有意義學習指的是學生將經驗、概念、原理、知識框架建構起聯系的過程，正是在概念之間和概念內建立聯系的過程中產生了有意義學習。建立概念之間聯系的重要方法是類比，它是促進學習者在已有概念和知識的基礎上建構新知識的有效工具。在暴露學生前概念的基礎上，要充分挖掘學生前概念中可以利用的因素，親歷科學探究過程，尋找前概念與科學概念之間的差異與內在聯系，為科學概念的建立牽線搭橋。

【案例4】《使癟的乒乓球鼓起來的決定性因素是什么》教學片段

師：乒乓球癟了，誰有辦法使癟的乒乓球鼓起來？

（學生討論出兩種方法：用熱水泡;用電吹風吹熱風。）

師：這兩個方法到底行不行？小組同學不妨試一試。

（學生實驗，兩種方法都可以使癟的乒乓球鼓起來。）

師：同學們發現，用加熱的方法可以使癟的乒乓球鼓起來，這是什么原因呢？

生：受熱膨脹。

師：使癟的乒乓球鼓起來的決定性因素，是因為誰受熱膨脹了呢？

（學生提出了三種猜想：乒乓球殼和球內空氣受熱膨脹，兩者共同作用，缺一不可，使得癟的乒乓球鼓起來;乒乓球殼受熱膨脹，就能使癟的乒乓球鼓起來;球內空氣受熱膨脹，就能使癟的乒乓球鼓起來。）

師：固體受熱能發生體積膨脹嗎？同學們能利用簡易器材展開實驗探究嗎（提供銅球、鐵環、酒精燈、火柴）？氣體受熱能發生體積膨脹嗎？同學們能利用簡易器材展開實驗探究嗎（提供礦泉水瓶、氣球、熱水）？

（學生經過實驗，發現本來能通過鐵環的銅球在受熱后體積膨脹，不能通過鐵環;開口套上癟氣球的礦泉水瓶，瓶內空氣受熱后體積膨脹，使氣球體積明顯發生膨脹。）

師：同學們通過實驗探究發現，固體和氣體都能受熱膨脹，而且氣體的體積變化更明顯。現在請支持三種猜想的同學分別舉一下手？

（支持猜想三的同學明顯增多。）

師：是不是因為猜想三有更多的同學支持，它就一定是真理呢？

生：未必，需要繼續探究。

師：就利用癟乒乓球，還可以怎樣進一步探究？

（學生思考、討論后認為：可以把癟乒乓球戳個小孔，泡入熱水，看看去除球內空氣受熱膨脹的因素，單憑球殼受熱膨脹是否足以使癟的乒乓球鼓起來。學生實驗探究，發現單憑球殼受熱膨脹不能使癟的乒乓球鼓起來。最后同學們一致認為，通過加熱的方法使癟的乒乓球鼓起來的主要原因是：球內空氣受熱膨脹。）

案例4中學生通過實驗發現物體受熱膨脹，但使癟的乒乓球鼓起來的原因是什么，究竟是誰受熱膨脹？提供有結構的材料讓學生探究。探究發現，固體和氣體都能受熱膨脹，而且氣體的體積變化更明顯。但使癟的乒乓球鼓起來的決定性因素是什么？再次實驗，發現主要原因是球內空氣受熱膨脹使癟的乒乓球鼓起來。通過多層次的分析、對比，突顯事物的本質特征和屬性，建構了科學概念。

五、結語

科學概念的建構，對于小學生而言無疑是一個復雜的思維過程。當我們已習慣程式化的科學探究操作時，切不可程式化學生的思維。我們唯有在關注科學概念獲得的同時，加強對學習者認知形態的透視分析，遵循學習者的認知規律，才能有助于學生經歷科學概念本質的真正轉化，構建科學概念體系。其實，科學概念教學不僅承擔著具體科學概念的教學任務，還應承擔起建構和發展學生認知方式的任務。只有學習者的知識結構和認知結構得到和諧同步的發展，才是科學概念教學的本質追求。

參考文獻

[1]鄭毓信《科學教育哲學》.四川教育出版社。

[2]張紅霞《科學究竟是什么》.教育科學出版社。

[3]王晶瑩《科學探究論》.華東師范大學出版社。

[4]《科學（3—6年級）課程標準》（實驗稿）.北京師范大學出版社。

作者簡介

雷富平，男，1973年生，本科學歷，中學高級教師，鹽城市小學科學學科帶頭人，江蘇省教育科學“十二五”規劃課題《在小學科學課堂教學中構建學習共同體的研究》主持人。